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出版者:中国矿业大学出版社

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页数:0

译者:

出版时间:2003-01-01

价格:20.0

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isbn号码:9787810706094

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《工业自动化原理与应用》 简介： 在现代工业生产的宏大图景中，自动化扮演着至关重要的角色，它不仅是提升效率、降低成本的利器，更是保障产品质量、优化资源配置、实现安全生产的基石。本书《工业自动化原理与应用》正是以此为出发点，深入浅出地剖析了工业自动化领域的核心概念、关键技术以及在不同行业中的广泛应用，旨在为读者构建一个全面而系统的工业自动化知识体系。 本书的内容涵盖了工业自动化的方方面面，从最基础的传感器和执行器技术，到复杂的控制算法和系统集成，再到前沿的物联网、大数据在工业自动化中的应用，无不详尽阐述。我们力求用最清晰的语言，结合丰富的实例，将抽象的理论知识转化为可理解、可操作的实践经验，让读者能够深刻理解工业自动化的“是什么”、“为什么”和“怎么做”。 第一部分：工业自动化的基石——测量与执行 传感器技术：任何自动化系统的起点都是对物理量的准确感知。本部分将详细介绍各类工业传感器的原理、选型与应用，包括温度传感器（热电偶、热电阻、红外传感器）、压力传感器（应变片式、电容式、压阻式）、流量传感器（涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计）、液位传感器（浮球式、雷达式、超声波式）、位置传感器（光电传感器、接近传感器、编码器）、以及气体传感器等。我们将探讨不同传感器的优缺点，以及在特定工业环境下的适用性，例如在高温、高压、腐蚀性介质等恶劣条件下的传感器选择与防护。此外，还将介绍一些新兴的传感器技术，如MEMS传感器、机器视觉传感器等。 执行器技术：一旦传感器捕捉到信息，就需要执行器来完成相应的动作。本部分将深入讲解各类工业执行器的原理、特性与驱动方式。这包括： 电机类执行器：直流电机、交流电机（感应电机、同步电机）、步进电机、伺服电机。我们将详细介绍它们的结构、工作原理、调速方法（如变频调速、PWM控制），以及在不同负载下的性能表现。 阀门类执行器：手动阀、电动阀、气动阀、液压阀。我们将重点分析电磁阀、比例阀、伺服阀的工作原理，以及如何根据流量、压力、温度等控制要求选择合适的阀门和执行机构。 其他执行器：继电器、接触器、固态继电器、液压缸、气动缸。对于这些基础的开关量和模拟量执行元件，我们将阐述它们的选用原则和电气连接方式。 第二部分：工业自动化的核心——控制理论与系统 经典控制理论：在理解了测量和执行的基础上，我们进入控制的核心。本部分将从PID（比例-积分-微分）控制算法入手，这是工业自动化中最广泛应用的控制策略。我们将详细讲解PID的数学原理，各参数的物理意义，以及如何进行参数整定（如Ziegler-Nichols法、步阶响应法）。在此基础上，还将介绍离散PID控制、自适应PID控制等进阶内容。同时，还会涉及开环控制、闭环控制、反馈控制、前馈控制等基本概念，以及它们在实际生产中的组合应用。 现代控制理论：为了应对更复杂的系统和动态变化，现代控制理论应运而生。本部分将介绍状态空间方法、能控性与能观性、最小方差控制、模型预测控制（MPC）等。我们将通过具体算例，展示如何利用现代控制理论设计出性能更优越、鲁棒性更强的控制器，尤其是在多输入多输出（MIMO）系统、时滞系统等复杂场景下。 可编程逻辑控制器（PLC）：PLC是现代工业自动化的“大脑”。本部分将系统地介绍PLC的硬件组成（CPU模块、输入/输出模块、通信模块、电源模块）、软件结构（指令集、编程语言，如梯形图、指令表、顺序功能图、结构化文本）以及工作原理。我们将通过实际案例，演示如何使用PLC实现逻辑控制、顺序控制、定时计数、模拟量处理等功能，并探讨PLC在不同行业的应用，如离散制造、过程控制。 分布式控制系统（DCS）：对于大型、复杂的工业过程，DCS提供了更高层次的集成化解决方案。本部分将阐述DCS的系统架构、组成部分（操作员站、工程师站、控制器、通信网络）、功能特点（集中监控、分散控制、冗余设计、数据管理）以及在流程工业（如石化、电力、冶金）中的应用优势。我们将重点分析DCS如何实现全厂范围内的生产过程优化和集中管理。 人机界面（HMI）/监控与数据采集（SCADA）：人机交互是实现自动化控制不可或缺的环节。本部分将详细介绍HMI/SCADA系统的设计原则、功能模块（数据采集、实时显示、报警管理、历史追溯、报表生成、趋势分析）以及常用的组态软件。我们将探讨如何设计直观易懂的用户界面，以及如何通过SCADA系统对生产过程进行全面有效的监控和管理。 第三部分：工业自动化的网络与集成 工业通信协议：数据在自动化系统中的传输是关键。本部分将介绍各种工业通信协议，包括： 串行通信：RS-232、RS-485，及其在设备间通信中的应用。 现场总线：Profibus、Modbus、CAN bus、DeviceNet。我们将分析它们的拓扑结构、通信方式、优缺点以及在现场设备连接中的作用。 工业以太网：EtherNet/IP、Profinet、Modbus TCP。我们将探讨其在实现高速、高带宽数据传输方面的优势，以及在自动化网络中的部署。 物联网（IoT）通信协议：MQTT、CoAP。在工业4.0的大背景下，我们将介绍这些轻量级协议在连接大量智能设备、实现数据互联互通中的作用。 工业机器人与自动化生产线：机器人技术是实现高度自动化和柔性生产的重要手段。本部分将介绍工业机器人的分类（关节型机器人、SCARA机器人、Delta机器人、并联机器人）、运动学与动力学、编程与控制技术，以及在焊接、搬运、装配、检测等领域的应用。同时，还将探讨如何设计和优化自动化生产线，实现高效的物料流和信息流。 工业物联网（IIoT）与工业4.0：本书将深入探讨工业4.0的核心理念，即智能制造。我们将分析IIoT如何通过连接传感器、设备、系统，实现数据的实时采集、传输、分析和应用，从而构建高度智能化、网络化的生产体系。内容将涵盖数字孪生、边缘计算、云计算在工业自动化中的融合应用，以及如何利用大数据分析优化生产过程、预测设备故障、提升产品质量。 第四部分：工业自动化的进阶与实践 过程控制系统（PCS）：针对流程工业的特殊需求，本部分将详细讲解过程控制系统的设计与优化。这包括对稳态操作、动态操作、安全联锁、报警管理、批次控制等方面的深入探讨。我们将分析在化工、制药、食品等行业中，如何通过精细化的过程控制实现产品的一致性、降低能耗、提高收率。 安全仪表系统（SIS）：安全是工业生产的生命线。本部分将重点介绍SIS的设计、验证和维护，包括风险评估、安全完整性等级（SIL）的确定、安全逻辑的实现以及相关标准（如IEC 61508/61511）的应用。我们将阐述SIS如何独立于基本过程控制系统，为关键安全功能提供独立的保护层，确保生产过程的安全运行。 工业自动化系统的维护与故障诊断：一个稳定运行的自动化系统离不开日常的维护和及时的故障诊断。本部分将介绍常见的自动化设备故障类型、排查方法、预防性维护策略，以及利用诊断工具和技术进行故障定位和排除的实用技巧。 案例分析与项目实践：理论联系实际是本书的宗旨。我们将选取不同行业（如汽车制造、电力系统、制药生产、食品加工、石油化工）的典型自动化项目，进行深入的案例分析，展示自动化技术的具体实施过程、遇到的挑战以及解决方案。通过这些真实案例，读者可以学习如何将本书所学的知识应用于实际项目中，掌握项目规划、设计、实施和优化的全过程。 总结： 《工业自动化原理与应用》致力于为读者提供一个循序渐进、内容翔实、涵盖广泛的学习平台。我们相信，通过对本书的学习，读者将能够深刻理解工业自动化的精髓，掌握核心技术，并能将其灵活应用于实际的工业生产和项目实践中，为推动工业现代化、实现智能制造贡献力量。无论您是工业自动化领域的初学者，还是希望深化理论知识、拓展应用视野的专业人士，本书都将是您不可或缺的参考指南。

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这本书在案例分析部分的深度和广度，确实超出了我的预期。它并没有停留在教科书上常见的理想化模型，而是深入到了实际工业运行中遇到的各种非线性、时变干扰工况。我注意到其中对模型验证方法的介绍非常详尽，不仅包括传统的统计学检验，还穿插了现代数据驱动的诊断思路，这种跨学科的融合处理，让内容显得尤为前沿和实用。比如，书中对扰动响应特性的分析，不仅仅给出了数学公式，还结合了模拟仿真截图，甚至提供了参数调整对实际负荷变化影响的曲线对比，这种图文并茂的呈现方式，极大地增强了可读性。更难能可贵的是，作者似乎非常了解操作人员和设计工程师在实际工作中会遇到的具体难点，比如在解释不同控制策略的切换逻辑时，考虑到了执行机构的滞后性和传感器的漂移误差，这些“接地气”的考量，使得书中的建议不再是纸上谈兵，而是真正能指导现场操作的宝贵经验。

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阅读过程中，我惊喜地发现作者对历史脉络的梳理也做得相当到位。在探讨某个控制算法的演进时，书中并没有简单地罗列出不同年份的版本，而是深入分析了驱动技术进步的根本原因——是材料的限制，还是计算能力的提升，亦或是工艺要求的升级？这种历史观的引入，使得技术的发展不再是孤立的事件，而是与整个工业文明进步相契合的有机体。这对于一个追求系统性知识的读者来说，提供了更深层次的理解维度。此外，书中参考文献的引用规范且庞大，几乎涵盖了近三十年的重要期刊和会议论文，这种广博的知识面不仅为书中的结论提供了坚实的学术支撑，也为读者指明了后续深入研究的方向。我感觉这本书更像是一个高质量的知识地图，它为你标明了前人探索过的路径，并清晰地指出了尚未完全攻克的“无人区”。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，硬壳的质感传递出一种专业和沉稳的气息，那种墨绿色的主色调，配上烫金的字体，即便只是摆在书架上，也显得格外有分量。书脊的排版简洁有力，让人一眼就能抓住重点，完全没有如今很多技术书籍那种廉价的纸张和敷衍的印刷感。内页的纸张选择也很考究，不是那种反光的铜版纸，而是略带哑光的，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳，这对于需要反复研读技术细节的读者来说简直是福音。封面设计上，抽象化的流体动力学线条与锅炉的结构剪影巧妙地融合在一起，既体现了主题的工业属性，又增添了一丝现代设计的韵味。我特别留意了一下目录的排布，结构清晰，逻辑性极强，从基础理论到实际应用，层层递进，看得出编者在内容组织上是下了大功夫的，这种对细节的尊重，往往预示着内容本身的扎实程度。总之，光是这份对物理载体的用心程度，就让我对书中的知识内容充满了期待，它不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的专业文献。

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如果说有什么地方能让我用“酣畅淋漓”来形容，那大概就是书中对复杂系统建模与求解部分的论述了。面对许多教科书会刻意简化或回避的高阶微分方程组，这本书采取了迎难而上的态度，但处理方式却非常高明。它不是直接抛出复杂的解析解，而是先用易于理解的线性化方法建立直观认识，随后再逐步引入非线性修正项，并巧妙地结合了现代数值计算的优势。作者在讲解如何选择合适的求解步长和迭代精度时，给出的建议是基于实际的工程约束而非纯粹的数学要求，这一点非常关键。例如，它会权衡计算资源的消耗与控制性能的微小提升之间的关系，引导读者做出更具经济效益的工程决策。这种将理论深度、工程实践与经济成本三者完美结合的分析视角，是很多偏重纯理论或偏重表面介绍的书籍所无法比拟的，读完之后，我感觉自己对这门复杂工程的掌控力确实提升到了一个新的台阶。

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初翻阅此书的感受，是那种扑面而来的严谨性，作者在引言部分就非常清晰地阐述了研究的背景和目标，完全没有那种故作高深的故弄玄虚，开门见山地指出了当前行业内存在的痛点和本书试图解决的关键问题。对于那些习惯了碎片化信息获取的读者而言，这本书的叙事节奏可能需要适应一下，因为它不是那种零散的知识点堆砌，而是构建了一个完整的理论框架。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的类比手法，比如将复杂的传热过程比作生活中的日常现象，这极大地降低了初学者的理解门槛，使得那些抽象的数学模型和热力学定律不再显得那么遥不可及。尤其是在对模型推导的阐述上，每一步的逻辑跳跃都处理得非常平滑，很少出现需要读者自行脑补缺失环节的情况，这对于工程技术类书籍来说，是极其重要的品质。这种细致入微的讲解方式，体现了作者深厚的教学功底和对专业知识的完全掌控力。

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